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地鐵基坑設計風險控制

文檔作者：樊紅衛文檔來源：中交第一公路勘察設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月10日
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施工技術 2011年9月下6 CONsTRuCTl0N TEcHNOLOGY 第40卷 第349期地鐵基坑設計風險控制樊紅衛(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西西安710075)【摘要]地鐵基坑比一般的建筑基坑深度大，且一般位于城市主干道下方，周邊管線眾多，坑邊道路有動荷載影響，基坑安全性不易保障，存在很大風險，有效地認知和防范地鐵基坑存在的風險，對基坑和周邊建筑的安全具有重大意義。從規劃到設計的各個階段對影響地鐵基坑安全的因素進行分析，以期達到減少地鐵基坑風險的目的。[關鍵詞】地鐵；基坑；風險；支護[中圖分類號】u452 [文獻標識碼】A [文章編號】l002-8498(2011)18羽06_03The Risk Control of Subway Foundation ExcaVation During DesignFan HOngwei(CCCC First日培_Il伽Iy Su陽咿&amp;amp;D鄂溏n脅sI如H招co．，厶d．，瓜’8n，S_Il口口聰i 710075，C_Ilf船)Abstract：The subway fbundation excaVation i8 always deeper than gener8l building excavation， and italways located beneath the city trunk road． Large number of pipelines surrounding the subway foundationexcavation are efbcted by dynamic load，so the security of foundation excavation i8 di￡ficult to secure withgreat risk． It have great significance to subway fbundation excaVation and surI．ounding buildings securityby recognizing and efkctively preVenting the ri8ks． The author analyze the innuence factors of subwayfoundation excavation s如ty f而m the planning to design in order to reduce the ri8k of subw8y foundationexcavation．Key words：subway；fbundation excaVation；risks；support地鐵工程主要由車站、區間結構和配套的車輛段或停車場組成，其中車站基坑均位于交通主干道下方，周邊建筑密集，管線眾多，交通繁忙，深度大，工期長，工程風險高。地鐵基坑多為長條狀深基坑，普通地鐵車站基坑長度一般在180m左右，寬度約20m，深15m左右。換乘站的基坑依據換乘方式可分為十字形、T形等，平面形狀不規則。深度接近30m，且坑邊道路有動荷載影響，基坑安全不易保障。我國到2016年將新建軌道交通線路89條，總建設里程為2 500km，投資達9 937億元。大規模、高強度的地鐵建設，需要提前在設計階段做好深基坑的風險防范，杜絕事故發生。本文主要對深基坑風險的認知、設計過程的風險防范進行論述。l 地鐵深基坑風險認知1．1風險認知深度深基坑面臨的風險包括沒有認識到存在的風險[收稿日期]20Il舭-25[作者簡介】樊紅衛，中交第一公路勘察設計研究院有限公司隧道軌道分院高級T程師，西安市高新技術開發區西區科技四路205號710075，電話：(029)884414¨．8803．E．mail：ffanhongWei@163．com和已經意識到風險，但是采取的措施沒有能夠預防風險。最大的風險是沒有認識到的風險。基坑周邊和基坑范圍內的一切都可能構成基坑風險，如基坑范圍的工程地質和水文地質條件、地下管線、地下構筑物、周邊建筑物、周邊道路車流等。另外，天氣因素，如突降暴雨、連續降雨等也可能構成基坑風險。1．2風險防范周期深基坑工程的風險防范應從線網規劃階段。到工程施工的全過程。前期規劃階段造成的風險是系統性的，會對一條或幾條線路造成影響，帶來的風險更高、危害更大。例如，西安地鐵線網規劃中，線路應該注意繞避文物和避免斜交穿過地裂縫或與地裂縫帶近距離平行。如果線網規劃中不注意文物和地裂縫問題，將給下階段設計帶來系統性的風險，所以，在線網規劃階段，注意繞避大江大河、重要構筑物、鐵路、公路等，將風險防范關口前移，是線網規劃中應注意的問題。1．3風險防范的層次性地鐵基坑的風險表現為一定的層次性，在規劃階段應注意防范系統性風險，初步設計階段注意防萬方數據20ll No．349 樊紅衛：地鐵基坑設計風險控制 7范站位風險，施工圖階段注意防范個性風險。針對風險防范，每個階段均要有重點、有主次。線網規劃階段應注意使線位和站點避開不良地質帶，高程上避免穿過不良地層。初步設計時針對工點分析地質、管線、構筑物、周邊房屋、交通狀況，合理布置站位，規避風險。施工圖設計中，合理設置支撐體系，分層分段控制土方開挖，制定嚴密的監控量測方案，確保基坑安全。2設計過程風險控制2．1影響基坑安全的因素1)工程地質和水文地質 工程地質和水文地質是基坑支護方式選擇的重要因素。基坑設計時首先要對站位所處的各地層特點了解透徹，在此基礎上，結合站位附近的環境條件對基坑支護方式作出選擇。特別要注意其中的不良地質狀況，如黏性土地層中的夾砂層、巖層中的溶洞、風化層中的淤泥層等，選擇的支護方式必須能夠有效地針對不良地質現象，才能避免由此帶來的工程風險。地下水是基坑安全的重大隱患，設計中要采取有針對性的止水或排水方案，提前排除地下水帶來的工程風險。2)影響基坑的管線處理 管線的種類和管徑大小對基坑有不同的影響。基坑開挖前，要求對所有影響基坑的管線進行合理的遷改，不能遷改的要采取懸吊等工程措施，管線遷改應結合施工步驟合理安排，同一管線應盡量避免重復遷改。對影響車站的重力流管線，有條件時應優先采取永久遷改的方案，因為如果把重力流管線再進行回遷，一方面會再次影響管線的使用，增加造價；另一方面是重力流管線回遷到車站結構上方，始終對車站的防水是一個威脅。遷改的重力流管線如果距車站基坑較近，應考慮基坑施工變形對管線的影響，必要時應置換為鋼管。有壓管線中除天然氣管線外，其他管線可以回遷，如自來水管，因為可以人為控制，即使出現滲漏，也便于維修，不至于對地鐵造成大的影響。天然氣管應盡量避免回遷到車站主體上方，不得已情況下，可以從附屬結構上方通過。電力、電信管線依據電壓的高低及管溝大小，采取臨時懸掛或臨遷的方式。對管徑較大、沒有場地進行遷改的管線，基坑設計時要進行合理的避讓，基坑的安全等級要依據遷改后的管線及周邊建筑與基坑的平面位置關系合理確定，保證基坑和周邊管線建筑的安全。3)影響基坑的建(構)筑物地鐵車站的基坑一般均位于人流大、建筑密集的城市十字路口附近。站位選擇要綜合考慮旅客乘降方便、車站功能實現、管線遷改、交通疏散、房屋拆遷等方面因素。在技術可行、經濟合理、維持城市既有功能等方面達到平衡。對影響基坑的建筑物依據其體量、用途、造價在避讓與拆除之間做出合理取舍。對不能拆除而又對基坑有影響的建筑物，要評估其對基坑的影響及基坑施工對它的影響，采取坑外隔離、圍護加強分段施工等工程措施，保證基坑和建筑物的安全。4)交通疏散 基坑施工影響了既有道路的交通，如果不能有效疏散，將對城市功能造成損害，并因此對基坑的安全帶來隱患。因此，合理的基坑設計方案，應有完善的交通疏散方案作保障。基坑設計應考慮由于交通疏解帶來的額外荷載，并在行車道一側設置防止車輛掉落基坑的擋護措施。2．2基坑支護設計2．2．1基坑支護方式選擇基坑支護有多種方式，不同的支護方式對工程地質、水文地質、基坑深度有不同的適應性。如果選擇不當，則會帶來人為的工程風險。合理選擇支護方式是基坑設計的第1步。基坑設計時應根據站位環境、地質狀況、基坑深度等條件合理選擇，常用基坑支護方式如下。1)地下連續墻 墻體剛度大，防滲性能好，施工時振動小、噪聲低。施工需要大型專用機械，對環境有一定污染，適用于軟弱的沖積地層、中硬地層、密實砂礫層、各種軟巖和硬巖等所有的地基。適用于很深的基坑，造價高。2)柱列式灌注樁 剛度大，施工時振動小，噪聲低。不需要大型專用機械，施工對環境基本無污染，一般需要專門的止水帷幕。適用于除粉細砂地層外的所有地層。適用于很深的基坑，造價較高。3)土釘墻施工速度快、材料省、造價低，適用于無水或降水后自穩能力較好的地層。適用于地下水位低于土坡開挖段或經過降水使地下水位低于開挖層的有一定黏結性的雜填土、黏性土、粉土、黃土等。適用于12m深度以內基坑，造價低。4)sMw工法施工時基本無噪聲，對周圍環境影響小，結構剛度較小，不需要專門的止水帷幕。環境污染小。特別適合于以黏土和粉細砂為主的松軟地層，12m深以內基坑，造價低。2．2．2基坑支護設計支護設計面臨的風險主要有圍護樁(墻)強度不足、支撐(拉錨)強度或剛度不足、圍護結構人土深度不足等。以上問題均會造成基坑失穩坍塌，帶來極大的危害。單純的設計計算國內已經有成熟的商業軟件，在此不再論述，但是須注意基坑支護是個系統，不能簡單地把基坑支護的各部分割裂開來。基坑支護系統設置目的是安全順利地完成基坑開萬方數據8 施工技術 第40卷挖，不論是采用內支撐還是采用錨索，圍護樁(墻)及支撐均要滿足強度、剛度、穩定性的要求。支護體系還要滿足基坑抗傾覆、抗隆起及整體穩定的要求。1)首先要根據基坑深度和周邊環境確定基坑安全等級，在此基礎上確定基坑應采取的支護方式。2)合理的支護設計要能適應地層特點，圍護樁(墻)正負彎矩要均衡協調，支撐位置合理，減少換撐工序。整體支護體系應為超靜定的穩定體系，在喪失部分約束后能夠維持基坑支護的整體穩定。3)基坑設計尤其要對地下水有合理對策。地下水對基坑帶來的危害居各類因素之首，具體表現在樁(墻)間漏水漏砂，或淤泥突人基坑，造成樁(墻)背后掏空，基坑失穩，設計中應結合降水或堵水采取相應的措施，措施不當，可造成基坑坍塌，周邊管線及建筑損壞，此類事故不勝枚舉。4)針對地下水影響，采取的措施有堵與排。要依據基坑的地質條件，當排水會引起地層很大的沉降，對周邊建筑帶來很大影響或水位太高不利于降水時，要采取堵水的措施，將基坑與周邊范圍進行隔離，只需要抽排基坑內的水。如果抽排地下水，引起的地層沉降不大，不會影響周邊建筑的安全，則采取坑內外降水的方案。無論采用哪種方法，均要使基坑內的地下水位降低到設計坑底1m以下，保證施工時基坑處于無水狀態。5)支護體系設計是一個由粗到細的過程，最初的設計是要滿足整體受力、變形、穩定滿足要求，在此基礎上，要求圍護樁、墻、內支撐或錨索滿足強度剛度要求。3支護體系設計中容易忽視的問題1)支撐與中板布置不當造成最危險工序問題在圍護體系設計中，因為支撐布置與中板間距不當，造成在整體施工步驟中出現最危險工序，引起圍護結構單向內力超大，變形失調，給基坑的整體安全帶來威脅。在多層地下結構中容易出現這樣的問題，解決的辦法是設置支撐時要考慮中板上下兩道撐與中板的距離，使在下道撐拆除后，中板未施作前，上道撐與底板間的距離合理，避免由此帶來的隱患。2)支撐與結構柱或上反梁沖突問題 在基坑的平面設計中布置支撐時沒有考慮內部結構的布置，容易造成支撐平面位置與結構柱沖突問題。支撐的縱斷面設計中沒有考慮中板或頂板的上反梁，容易造成支撐與上反梁的沖突，給施工帶來不便，更有可能引起安全問題。3)圍護樁(墻)局部加深問題 地鐵基坑中，因為布置集水坑等因素，基坑需要局部加深，相應的圍護樁(墻)也應局部加深，但這點在設計中往往被忽略，給基坑的安全帶來隱患。4)止水措施不封閉問題 在采取坑外止水，坑內降水的方式時，由于疏忽造成用來止水的旋噴樁沒有封閉成環，使坑內降水始終無法滿足施工要求。5)多種不同支護方式銜接不當 當基坑采取多種支護方式時，在不同的支護銜接處處理不當會帶來基坑的安全問題。例如在放坡開挖與圍護樁支護銜接處，造成圍護樁后懸空問題6)車站與暗挖區間連接處支撐與大管棚施工的沖突問題明挖車站與存車線相接處因為暗挖斷面較大，一般均要有大管棚輔助措施，大管棚的施工與車站結構的壁柱中板和支護體系的支撐均會發生沖突，如果處理不當，帶來的后果要么是某些大管棚無法施作，要么基坑存在安全隱患，大管棚和車站結構施工要相互配合交錯進行，將影響車站壁柱和中板的局部大管棚先行施工，然后施工車站的壁柱和中板，最后在車站結構的保護下完成其余大管棚的施工，雖然施工方面有相互干擾，但是安全問題可以得到保證。7)支護體系設計沒有考慮施工要求 設計者在支護體系的設計中不考慮施工因素，帶來的后果是造成施工的不便，或者無法按設計進行施工，更有甚者會給基坑的安全帶來影響。如基坑平面布置中，不考慮預留相應的管理和操作空間，造成物資堆在基坑邊上，帶來額外的荷載，使基坑安全受到威脅；設計中要求的施工順序不當，造成基坑出土困難，給工期和支撐架設帶來影響，無法實現設計意圖。4結語影響地鐵基坑安全的風險因素很多，但大部分風險都是可防可控的。要防范地鐵深基坑的風險，時刻要有風險意識，認識到地鐵深基坑時時處處都存在風險。分階段、分層次對風險因素進行識別分析，并采取針對性的措施。參考文獻：[1]劉國斌，王衛東．基坑工程手冊(2版)[M]．北京：中國建筑工業出版社，2009．[2] 趙志縉，應惠清．簡明深基坑設計施工手冊[M]．北京：中國建筑工業出版杜。2000．[3]夏明耀，曾進倫．地下工程設計施工手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1999．[4]北京城建設計研究院．cB50157—2003地鐵設計規范[s]．北京：中國計劃出版社，2003．[5] 中國建筑科學研究院．JGJl20一99建筑基坑支護技術規程[s]．北京：中國計劃出版社，2003．[6] 中國建筑科學研究院．GB50007—2002建筑地基基礎設計規范[s]．北京：中國建筑工業出版社，2002．

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